DE102005043897A1

DE102005043897A1 - Verfahren zum Herstellen eines geschäumten Thermoplastharzartikels

Info

Publication number: DE102005043897A1
Application number: DE102005043897A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Ichihara Hanada; Yoshinori Hirakata Ohmura
Original assignee: Sumika Plastech Co Ltd; Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumika Plastech Co Ltd; Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2006-04-13
Also published as: JP4569238B2; CN1748974A; US20060061003A1; JP2006082473A

Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines geschäumten Thermoplastharzartikels unter Verwendung einer Vorrichtung bereitgestellt, die ein Paar Formteile aufweist, die jeweils eine Formungsfläche aufweisen, durch die ein Vakuumsaugvorgang ausgeführt werden kann, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Vakuumsaugen durch die Formungsflächen der Formteile, während ein geschäumtes Thermoplastharz-Lagenmaterial zwischen den Formteilen gehalten wird, um das geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial zu formen, wobei das der Vakuumformung zu unterziehende geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial eine erste geschäumte Lage mit einem Expansionsverhältnis Xa von 2 bis 20, einer Dicke Ta von 2 bis 20 mm und einem Flächengeweicht Ra von 600 bis 3000 g/m·2· und eine zweite geschäumte Lage mit einem Expansionsverhältnis Xb von 4 bis 40, einer Dicke Tb von 2 bis 12 mm und einem Flächengewicht Rb von 100 bis 600 g/m·2· aufweist, wobei Ra/Rb = 2 bis 30 beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines geschäumten Thermoplastharzartikels durch Vakuumformung.

Geschäumte Thermoplastharzartikel sind vorteilhaft leichtgewichtig, recycelbar, haben ausgezeichnete Wärmedämm- oder -isolationseigenschaften, usw. und sind daher für verschiedene Anwendungen geeignet, z.B. als Materialien für Kraftfahrzeugkomponenten, Bau- oder Konstruktionsmaterialien und Verpackungsmaterialien.

Wenn geschäumte Thermoplastartikel beispielsweise für die vorstehend erwähnten Anwendungen verwendet werden, müssen sie häufig Puffer- oder Dämpfungseigenschaften aufweisen und starr oder steif sein. Beispielsweise ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 8-174737 ein laminiertes geschäumtes Polypropylenharz-Lagenmaterial mit einer Dicke von 3 bis 5 mm beschrieben, wobei ein geschäumtes Lagenmaterial mit niedriger Dichte auf eine Seite eines geschäumten Lagenmaterials mit hoher Dichte auflaminiert ist.

Weil die Dicke des laminierten geschäumten Polypropylenharz-Lagenmaterials nur 5 mm oder weniger beträgt, sind durch sekundäres Formen des laminierten geschäumten Polypropylenharz-Lagenmaterials hergestellte geschäumte Artikel dünn und können unzureichende Puffer- oder Dämpfungseigenschaften aufweisen oder unzureichend starr oder steif sein.

Gemäß einem Aspekt wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines geschäumten Thermoplastharzartikels durch Vakuumformen unter Verwendung einer Formungsvorrichtung bereitgestellt, die ein Paar Formteile aufweist, die jeweils eine Formungsfläche aufweisen, durch die hindurch ein Unterdruck- oder Vakuumsaugvorgang ausgeführt werden kann, wobei das Verfahren einen Schritte aufweist, in dem, während ein geschäumtes Thermoplastharz-Lagenmaterial zwischen den Formteilen gehalten wird, ein Vakuumsaugvorgang durch die Formungsflächen der Formteile hindurch ausgeführt wird, um das geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial zu formen, wobei das geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial, das der Vakuumformung unterzogen werden soll, eine erste geschäumte Lage mit einem Expansionsverhältnis Xa von 2 bis 20, einer Dicke Ta von 2 bis 20 mm und einem Flächengewicht Ra von 600 bis 3000 g/m² und eine zweite geschäumte Lage mit einem Expansionsverhältnis Xb von 4 bis 40, einer Dicke Tb von 2 bis 12 mm und einem Flächengewicht Rb von 100 bis 600 g/m² aufweist, wobei Ra/Rb im Bereich von 2 bis 30 liegt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Vakuumformen eines geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials können geschäumte Thermoplastharzartikel hergestellt werden, die sowohl ausgezeichnete Puffer- oder Dämpfungseigenschaften als auch eine ausgezeichnete Steifigkeit und eine große Dicke aufweisen.

1 zeigt ein Diagramm zum Darstellen eines Beispiels einer Vorrichtung zum Herstellen eines zweiten geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials;
2 zeigt ein Diagramm zum Darstellen eines Beispiels der Querschnittsform einer kreisförmigen Düse, die zum Herstellen eines zweiten geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials verwendet wird;
3 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials; und
4 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials.
Die Bezugszeichen in den Zeichnungen haben folgende Bedeutung:

1: Vorrichtung zum Herstellen eines zweiten geschäumten Thermoplastharz-
: Lagenmaterials;
2: 50mmϕ-Doppelschnecken-Extruder;
3: 32mmϕ-Einschnecken-Extruder;
4: kreisförmige Düse;
5: Pumpe zum Zuführen von Kohlendioxidgas;
6: Dorn;
7: Kopf des 50mmϕ-Doppelschnecken-Extruders;
8: Kopf des 32mmϕ-Einschnecken-Extruders;
9a, 9b, 10a, 10b, 10c, 10d, 11a, 11b: Durchlässe;
12: Auslaß einer kreisförmigen Düse;
13: geschäumtes Thermoplastharz-Lagenmaterial;
14: Klemme;
15: Infrarotheizeinrichtung
16, 17: Formteile

Das erfindungsgemäße Thermoplastharz-Lagenmaterial, das einem Vakuumformungsprozeß unterzogen werden soll, weist eine erste geschäumte Lage mit einem Expansionsverhältnis Xa von 2 bis 20, einer Dicke Ta von 2 bis 20 mm und einem Flächengewicht Ra von 600 bis 3000 g/m² und eine zweite geschäumte Lage mit einem Expansionsverhältnis Xb von 4 bis 40, einer Dicke Tb von 2 bis 12 mm und einem Flächengewicht Rb von 100 bis 600 g/m² auf, wobei Ra/Rb im Bereich von 2 bis 30 liegt. Wenn der Vakuumformungsprozeß durch ein später beschriebenes Verfahren unter Verwendung eines derartigen geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials ausgeführt wird, expandiert die zweite geschäumte Lage mehr als die erste geschäumte Lage. Daher kann die Steifigkeit durch die erste geschäumte Lage und die Dämpfungseigenschaft durch die zweite geschäumte Lage bereitgestellt werden. Dadurch werden Ar tikel mit einer ausgezeichneten Steifigkeit und ausgezeichneten Dämpfungseigenschaften bereitgestellt.
Das geschäumte Themoplastharz-Lagenmaterial kann außer der ersten und der zweiten geschäumten Lage auch eine ungeschäumte Lage aufweisen.
Beispiele des Harzmaterials zum Herstellen des geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials sind Harze auf Olefinbasis, wie beispielsweise Homopolymere von Olefinen mit 6 oder weniger Kohlenstoffatomen, z.B. Ethylen, Propylen, Buten, Penten und Hexen, Olefincopolymere, die durch Copolymerisation von zwei oder mehr Monomerarten hergestellt werden, die aus Olefinen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen ausgewählt werden, Ethylen-Vinylester-Copolymere, Ethylen-(meth)acrylsäure-Copolymere, Ethylen-(meth)acrylester-Copolymere, Esterharz, Amidharz, Styrolharz, Acrylharz, Harz auf Acrylnitrilbasis und Ionomerharz. Diese Harze können alleine oder in Form eines Gemischs aus zwei oder mehreren Harzen verwendet werden. Unter diesen Harzen werden hinsichtlich der Formbarkeit, der Ölbeständigkeit und der Kosten vorzugsweise Harze auf Olefinbasis verwendet. Harze auf Poypylenbasis werden hinsichtlich der Steifigkeit und der Wärmebeständigkeit der erhaltenen Formartikel bevorzugt verwendet.
Wenn ein aus einem Harz auf Propylenbasis hergestelltes geschäumtes Lagenmaterial verwendet wird, sind Beispiele des zum Herstellen des geschäumten Lagenmaterials verwendeten Harzes auf Propylenbasis Propylen-Homopolymere und Copolymere auf Propylenbasis, die mindestens 50 Mol-% Propyleneinheiten aufweisen. Die Copolymere können Blockcopolymere, Random-Copolymere oder Pfropf- bzw. Graft-Copolymere sein. Beispiele von geeignet verwendbaren Copolymeren auf Propylenbasis sind Copolymere von Propylen mit Ethylen oder eines α-Olefins mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen. Beispiele des α-Olefins mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen sind 1-Buten, 4- Methylpenten-1,1-Hexen und 1-Okten. Der Anteil der Monomereinheiten mit Ausnahme der Propyleneinheiten im Copolymer auf Propylenbasis beträgt vorzugsweise bis zu 15 Mol-% für Ethylen und bis zu 30 Mol-% für α-Olefine mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen. Es kann eine einzige Harzart auf Propylenbasis verwendet werden. Alternativ können zwei oder mehr Harzarten auf Propylenbasis in Kombination verwendet werden.
Wenn ein Harz auf der Basis eines langkettig verzweigten Propylens oder ein Harz auf Propylenbasis mit einem mittleren Molekulargewicht von 1 × 10⁵ oder mehr in einer Menge von 50 Gew.-% oder mehr des die geschäumte Lage bildenden Thermoplastharzes verwendet wird, kann ein geschäumtes Lagenmaterial aus einem Harz auf Propylenbasis mit feineren Zellen hergestellt werden. Unter diesen Harzen auf Propylenbasis werden vorzugsweise Harze auf Basis von unvernetztem Propylen verwendet, weil sich während des Prozesses zum Recyceln der geschäumten Lagenmaterialien weniger Gel bildet.
Der hierin verwendete Ausdruck "Harz auf Basis eines langkettig verzweigten Propylens" bezeichnet ein Harz auf Propylenbasis, dessen Verzweigungsgrad [A] die Bedingung 0,20 ≤ [A] ≤ 0,98 erfüllt. Ein Beispiel eines Harzes auf Basis eines langkettig verzweigten Propylens mit einem Verzweigungsgrad [A], der die Bedingung 0,20 ≤ [A] ≤ 0,98 erfüllt, ist Propylen PF-814, das von Basell Co. hergestellt wird.
Der Verzweigungsgrad quantifiziert den Grad der langkettigen Verzweigung in einem Polymer und ist durch folgende Formel definiert. Verzweigungsgrad [A] = [η]Br/[η]Lin
In der Formel bezeichnen [η]_Br die intrinsische Viskosität des Harzes auf Basis eines langkettig verzweigten Propylens. [η]_Lin bezeichnet die intrinsische Viskosität eines Harzes auf Basis eines linearen Propylens, das aus Monomereinheiten besteht, die die gleichen sind wie bei dem Harz auf Basis eines langkettig verzweigten Propylens und ein mittleres Molekulargewicht aufweisen, das das gleiche ist wie dasjenige des Harzes auf Basis eines langkettig verzweigten Propylens.
Die intrinsische Viskosität, die auch als eine Grenzviskositätszahl bezeichnet wird, ist ein Maß für die Fähigkeit eines Polymers, die Viskosität seiner Lösung zu erhöhen. Die intrinsische Viskosität hängt insbesondere vom Molekulargewicht und vom Verzweigungsgrad des Polymermoleküls ab. Daher kann das Verhältnis der intrinsischen Viskosität des langkettig verzweigten Polymers zur intrinsischen Viskosität eines linearen Polymers mit einem Molekulargewicht, das demjenigen des langkettig verzweigten Polymers gleicht, als Maß für den Verzweigungsgrad des langkettig verzweigten Polymers verwendet werden. Die intrinsische Viskosität eines Harzes auf Propylenbasis kann durch ein herkömmliches Verfahren bestimmt werden, das beispielsweise von Elliot et. al. in J. Appl. Polym. Sci., 14, 2947-2963 (1970) beschrieben ist. Beispielsweise kann die intrinsische Viskosität bei einer Temperatur von 135°C durch Lösen des Harzes auf Propylenbasis in Tetralin oder Orthodichlorbenzol gemessen werden.
Das mittlere Molekulargewicht (Mw) eines Harzes auf Propylenbasis kann durch verschiedenartige herkömmliche Verfahren bestimmt werden. Besonders bevorzugt ist das von M.L. McConnel et. al. in American Laboratory, Mai, 63-75 (1978) beschriebene Verfahren, d.h. ein auf Laserlicht-Kleinwinkelstreuung basierendes Intensitätsmeßverfahren.
Ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines Harzes auf Propylenbasis mit hohem Molekulargewicht mit einem mittleren Molekulargewicht von 1 × 10⁵ oder mehr durch Polymerisation ist ein in der japanischen Patentanmeldung Nr. 11- 228629 beschriebenes Verfahren, in dem zunächst eine Komponente mit hohem Molekulargewicht und dann eine Komponente mit niedrigem Molekulargewicht erzeugt wird.
Unter den Harzen auf Basis von langkettig verzweigtem Propylen und dem Harz auf Basis eines Propylens mit hohem Molekulargewicht ist ein Harz auf Propylenbasis mit einem einachsigen Schmelzdehnungsviskositätsverhältnis η₅/η_0,1 von 5 oder mehr, vorzugsweise von 10 oder mehr, bevorzugt, gemessen unter den nachstehend angegebenen Bedingungen bei ungefähr einer Temperatur, die 30°C höher ist als der Schmelzpunkt des Harzes. Das einachsige Schmelzdehnungsviskositätsverhältnis bezeichnet einen Wert, der bei einer Dehnungsrate von 1 s^-1 unter Verwendung eines einachsigen Dehnungsviskositätsanalysators gemessen wird (z.B. eines von Rheometrix hergestellten einachsigen Dehnungsviskositätsanalysators), wobei η_0,1 eine einachsige Schmelzdehnungsviskosität bezeichnet, die 0,1 s nach Beginn der Dehnungsbelastung und η₅ eine Schmelzdehnungsviskosität bezeichnet, die 5 s nach Beginn der Dehnungsbelastung erfasst wird.
Als zur Verwendung bei der Herstellung des geschäumten Lagenmaterials verwendetes Schäumungs- oder Treibmittel kann entweder ein chemisches oder ein physikalisches oder mechanisches Treibmittel verwendet werden. Außerdem können beide Treibmitteltypen in Kombination verwendet werden. Beispiele des chemischen Treibmittels sind bekannte thermisch zersetzbare Verbindungen, wie beispielsweise thermisch zersetzbare Treibmittel, die bei ihrere Zersetzung Stickstoffgas bilden (z.B. Azodicarbonamid, Azobisisobutyronitril, Dinitrosopentamethylentetramin, p-Toluolsulfonylhydrazid, p,p'-Oxy-bis(benzolsulphonylhydrazid); und thermisch zersetzbare anorganische Treibmittel (z.B. Natriumhydrogencarbonat, Ammoniumcarbonat und Ammoniumhydrogencarbonat). Spezifische Beispiele des physikalischen oder mechanischen Treibmittels sind Propan, Butan, Wasser und Kohlendioxidgas. Unter den vorstehend als Beispiele angegebenen Treibmitteln sind Wasser und Kohlendioxidgas bevorzugt, weil geschäumte Lagenmaterialien weniger Verformung verursachen, die durch sekundäre Schäumung während einer Erwärmung bei der Vakuumformung entsteht, und weil diese Treibmittel Substanzen sind, die sowohl bei hohen Temperaturen beständig als auch feuerfest sind. Die Menge des verwendeten Treibmittels wird auf der Basis der Arten des verwendeten Treibmittels und des Harzes derart festgelegt, dass ein gewünschtes Expansionsverhältnis erhalten wird. Normalerweise werden jedoch 0,5 bis 20 Gewichtsteile des Treibmittels für 100 Gewichtsteile des Thermoplastharzes verwendet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials ist nicht eingeschränkt, und ein geschäumtes Thermoplastharz-Lagenmaterial mit der ersten geschäumten Lage und der zweiten geschäumten Lage kann durch Extrusionsformen unter Verwendung einer flachen Düse (T-Düse) oder einer kreisförmigen Düse hergestellt werden. Alternativ können die erste geschäumte Lage und die zweite geschäumte Lage durch Trockenlamination, Sandwichlamination, Warmwalzlamination, Heißluftlamination oder ein ähnliches Verfahren laminiert werden.
Das geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial kann eine aus Harz oder Gummi, wie beispielsweise Thermoplastharz, aushärtbarem Harz und Thermoplast-Elastomer, Naturfasern, wie beispielsweise Hanf, Jute und ähnliche, Mineralien, wie beispielsweise Kalziumsilikat, synthetischem Papier oder einer dünnen Platte oder Folie aus Metall, wie beispielsweise Aluminium und Eisen, hergestellte Lage aufweisen.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterialien können Zusatzstoffe enthalten. Beispiele von Zusatzstoffen sind Füllmittel, An tioxidantien, Lichtstabilisatoren, Ultraviolettabsorptionsmittel, Weichmacher oder Plastifikatoren, Antistatikmittel, Farbstoffe, Trennmittel, Verflüssigungsmittel und Schmierstoffe. Spezifische Beispiele des Füllmittels sind anorganische Fasern, wie beispielsweise Glasfasern und Kohlenstofffasern, und anorganische Partikel, wie beispielsweise Talk, Ton, Silika, Titanoxid, Kalziumkarbonat und Magnesiumsulfat.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren, durch das ein geschäumtes Thermoplast-Lagenmaterial, wie beispielsweise das vorstehend erwähnte Lagenmaterial, einem Vakuumformungsprozeß unter Verwendung eines Paars Formteile, die jeweils eine Formungsfläche aufweisen, durch die ein Vakuumsaugvorgang ausgeführt werden kann, und einem Vakuumsaugprozeß durch die Formungsflächen der Formteile unterzogen wird. Ein Beispiel des Verfahrens wird nachstehend unter Bezug auf 3 ausführlich beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist.
In der vorliegenden Erfindung wird ein Paar gegenüberliegender Formteile verwendet, die jeweils eine Formungsfläche aufweisen, durch die ein Vakuumsaugvorgang ausgeführt werden kann. Beispiele von paarweise verwendeten Formteilen bzw. gebildeten Formen sind eine Patrize und eine Matrize, zwei Matrizen und zwei flache Formteile.
Beispiele von Formteilen mit einer Formungsfläche, durch die ein Vakuumsaugvorgang ausgeführt werden kann, sind Formteile, die jeweils eine Formungsfläche aufweisen, wobei mindestens ein Teil der Formungsfläche aus einer gesinterten Legierung besteht, und Formteile, die jeweils eine Formungsfläche aufweisen, in denen, mindestens in einem begrenzten Bereich, eine oder mehrere Löcher ausgebildet sind, durch die Luft abgeleitet werden kann. Die Anzahl, die Position und der Durchmesser des in den Formteilen ausgebildeten Lochs oder der Löcher sind nicht besonders eingeschränkt, insofern ein zwischen den Formteilen angeordnetes geschäumtes Thermoplast-Lagenmaterial in die durch die Formungsfläche der Formteile definierte Form geformt werden kann.
Die Materialien der Formteile sind nicht besonders eingeschränkt, hinsichtlich der Dimensionsstabilität oder Formbeständigkeit, der Haltbarkeit und der Wärmeleitfähigkeit sind sie jedoch typischerweise aus Metall hergestellt. Hinsichtlich der Kosten und des Gewichts werden die Formteile vorzugsweise aus Aluminium hergestellt.
Die Formteile werden vorzugsweise derart strukturiert, dass ihre Temperatur durch eine Heizeinrichtung oder ein Wärmemedium regelbar ist. Um die Schmierfähigkeit eines geschäumten Lagenmaterials zu verbessern oder zu verhindern, dass ein geschäumtes Lagenmaterial vor Abschluß seiner Formgebung abkühlt, werden die Temperaturen der Formungsflächen der Formteile vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 30 bis 80°C, bevorzugter von 50 bis 60°C eingestellt.
Es ist wünschenswert, wenn mindestens ein Formteil eine Luftdichtigkeitshaltefunktion aufweist. Unter Verwendung eines derartigen Formteils kann der Vakuumgrad im Hohlraum während des Vakuumsaugvorgangs leicht aufrechterhalten werden und können Formartikel mit einem extrem geringen Schrumpfungsgrad hergestellt werden. Ein Beispiel eines Formteils mit einer Luftdichtigkeitshaltefunktion ist ein Formteil, bei dem der Umfangsabschnitt seiner Formungsfläche sich zum gegenüberliegenden Formteil bewegen kann. Ein derartiges Formteil hat vorzugsweise eine derartige Struktur, dass der bewegliche Abschnitt im Formteil derart zusammengeklappt oder gefaltet werden kann, dass die obere Fläche des beweglichen Abschnitts zum Zeitpunkt, zu dem die Form geschlossen wird, auf das gleiche Niveau kommt wie die Formungsfläche. Unter Verwendung eines derartigen Formteils kann der Vakuumgrad im Hohlraum während eines später erwähn ten Formenöffnungsschritts leicht aufrechterhalten werden, weil das Formteil derart strukturiert bzw. aufgebaut ist, dass der bewegliche Abschnitt hervorsteht, wenn die Form geöffnet wird.
Ein anderes Beispiel eines Formteils mit einer Luftdichtigkeitshaltefunktion ist ein Formteil mit einem Dämpfungsmaterial auf dem Umfangsabschnitt der Formungsfläche. Die Oberfläche geschäumter Lagenmaterialien weist normalerweise feine Unregelmäßigkeiten oder Unebenheiten auf. Wenn ein Formteil mit einem Dämpfungsmaterial verwendet wird, kann der Vakuumgrad im Hohlraum leicht aufrechterhalten werden, wenn ein Vakuumsaugvorgang ausgeführt wird, weil das Dämpfungsmaterial mit einer Oberfläche, die feine Unebenheiten aufweist, eines geschäumten Lagenmaterials während des Formenschließvorgangs in engen Kontakt kommen wird. Das Dämpfungsmaterial kann Gummi, ein Schaumstoff oder ein ähnliches Material sein.
Außerdem stehen ein Paar Formteile zur Verfügung, wobei ein Formteil mit einem auf dem Umfang des anderen Formteils angeordneten Luftdichtigkeitshalteabschnitt bedeckt ist, wenn die Formteile geschlossen sind.
Formteile können eine Einrichtung zum Fixieren eines geschäumten Lagenmaterials auf ihren Formungsflächen und/oder Umfangsabschnitten der Formungsflächen aufweisen. Beispiele derartiger Einrichtungen sind Klebstoffe, Stifte, Haken, Klammern und Schlitze. Unter Verwendung eines Formteils mit einer derartigen Einrichtung zum Fixieren eines geschäumten Lagenmaterials kann ein geschäumtes Lagenmaterial einfach in die Form der Formungsfläche geformt werden.
Hinsichtlich der Formungsvorrichtung wird vorzugsweise eine Formungsvorrichtung verwendet, bei der zwischen den Formungsflächen beider Formteile ein Hohlraum mit einer Höhe definiert wird, die nach Abschluß des Formenschließvorgangs der 0,8- bis 2-fachen Dicke des in Schritt (1) erweichten geschäumten Lagenmaterials gleicht. Hierin bezeichnet die Höhe eines Hohlraums den Abstand zwischen den Formungsflächen in der Dickenrichtung des zwischen den Formteilen zugeführten geschäumten Lagenmaterials. Der Hohlraum muss nicht an allen Stellen im Hohlraum die gleiche Höhe haben. Der Hohlraum kann ein beliebiger Hohlraum sein, der eine der Form eines gewünschten Formartikels entsprechende Form hat. Wenn die bei Abschluß des Formenschließvorgangs definierte Höhe des Hohlraums zu klein ist, können Zellen im geschäumten Lagenmaterial brechen. Wenn sie zu groß ist, wird es schwierig, das geschäumte Lagenmaterial durch Inkontaktbringen der Oberflächen des geschäumten Lagenmaterials mit den Formungsflächen der Formteile zu formen, auch wenn ein Vakuumsaugvorgang ausgeführt wird. Auch wenn das geschäumte Lagenmaterial mit den Formungsflächen in Kontakt gebracht wird, können im geschäumten Lagenmaterial Zellen aufbrechen oder zerbersten.
3-(1) zeigt einen Schritt (1) zum Erwärmen eines geschäumten Thermoplast-Lagenmaterials, um es zu erweichen. In Schritt (1) wird das geschäumte Lagenmaterial normalerweise in einem Klemmrahmen gehalten und durch eine Heizvorrichtung erwärmt, z.B. durch eine im fernen Infrarotbereich strahlende Heizvorrichtung, eine im nahen Infrarotbereich strahlende Heizvorrichtung und eine Kontakt-Heizplatte. Vorzugsweise wird eine im fernen Infrarotbereich strahlende Heizvorrichtung verwendet, weil sie das geschäumte Lagenmaterial innerhalb einer kurzen Zeitdauer effizient erwärmen kann. Es ist wünschenswert, das geschäumte Lagenmaterial derart zu erwärmen, dass das geschäumte Lagenmaterial eine Oberflächentemperatur in der Nähe des Schmelzpunkts eines Harzes aufweist, aus dem das geschäumte Lagenmaterial besteht, wenn das Harz ein kristallines Harz ist, oder in der Nähe der Vitrifizierungs- oder Einfriertemperatur des Harzes, wenn das Harz ein nicht-kristallines Harz ist.
3-(2) zeigt einen Zustand, in dem in einem Schritt (2) ein in Schritt (1) erweichtes geschäumtes Thermoplast-Lagenmaterial zwischen einem Paar Formteilen angeordnet worden ist, die jeweils eine Formungsfläche aufweisen, durch die ein Vakuumsaugvorgang ausgeführt werden kann.
3-(3) zeigt einen Schritt (3) zum Schließen der Formteile, bis ein Abstand zwischen Umfangsabschnitten der Formungsoberflächen der Formteile einen vorgegebenen Wert erreicht, der nicht größer ist als die Dicke des erweichten geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials, während das erweichte geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial durch eine Halteeinrichtung zwischen den Formteilen gehalten wird. Der Formenschließvorgang wird derart ausgeführt, dass die gegenüberliegenden Formungsflächen der Formteile sich relativ einander annähern. Beispielsweise ist ein Formteil fixiert und das andere wird zum fixierten Formteil hin bewegt. Alternativ werden beide Formteile in entgegengesetzte Richtungen bewegt, so dass die Formteile sich einander nähern.
3-(4) zeigt einen Zustand, in dem ein Vakuumsaugvorgang durch die Formungsflächen der Formteile hindurch ausgeführt wird. In Schritt (4) kann der Vakuumsaugvorgang zu einem beliebigen Zeitpunkt während einer Zeitperiode von dem Zeitpunkt, zu dem der Zwischenraum zwischen den Umfangsabschnitten der Formungsflächen der Dicke des erweichten geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials entspricht, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Zwischenraum einen vorgegebenen Wert erreicht, der nicht größer ist als die Dicke des geschäumten Lagenmaterial. Beispielsweise kann der Vakuumsaugvorgang zu einem Zeitpunkt gestartet werden, zu dem der Zwischenraum zwischen den Umfangsabschnitten der Formungsflächen der Dicke des erweichten geschäumten Thermoplastharz- Lagenmaterials gleicht, woraufhin die Formteile bis zu einer vorgegebenen Dicke weiter geschlossen werden, die kleiner ist als die Dicke des geschäumten Lagenmaterials, während der Vakuumsaugvorgang fortgesetzt wird.
Alternativ kann der Vakuumsaugvorgang zur gleichen Zeit, zu der der Zwischenraum einer vorgegebenen Dicke entspricht, die nicht größer ist als die Dicke des erweichten geschäumten Thermoplast-Lagenmaterials, oder zu einem späteren Zeitpunkt gestartet werden. Wenn der Vakuumsaugvorgang ausgeführt wird, nachdem das geschäumte Lagenmaterial eine vorgegebene Dicke erreicht hat, ist es normalerweise wünschenswert, den Vakuumsaugvorgang zu starten, bevor das geschäumte Lagenmaterial abgekühlt ist, und innerhalb von drei Sekunden von dem Zeitpunkt, zu dem das geschäumte Lagenmaterial die vorgegebene Dicke erreicht.
Um einen Formartikel mit einer gleichmäßigen inneren Struktur zu erhalten, ist es wünschenswert, den Vakuumsaugvorgang durch eines der Formteile und den Vakuumsaugvorgang durch das andere Formteil gleichzeitig zu starten. Zwischen den Starts der jeweiligen Vakuumsaugvorgänge kann jedoch eine Zeitdifferenz vorhanden sein, insofern das geschäumte Lagenmaterial nicht abkühlt. Wenn der Vakuumsaugvorgang durch ein Formteil nach dem Start des Vakuumsaugvorgangs durch das andere Formteil gestartet wird, beträgt die Zeitdifferenz zwischen den Starts der Vakuumsaugvorgänge vorzugsweise höchstens drei Sekunden.
Der Vakuumsauggrad ist nicht besonders eingeschränkt, es ist jedoch wünschenswert, den Saugvorgang derart auszuführen, dass der Vakuumgrad im Hohlraum –0,05 MPa bis –0,1 MPa beträgt. Der Vakuumgrad bezeichnet einen Druck im Hohlraum bezogen auf den Atmosphärendruck. Beispielsweise bedeutet "der Vakuumgrad beträgt –0,05 MPa", dass der Druck im Hohlraum 0,05 MPa niedriger ist als der Atmosphärendruck. Je höher der Vakuumgrad ist, desto stärker wird ein geschäumtes Lagenmaterial von einer Form angezogen. Dadurch kann ein geschäumtes Lagenmaterial besser in der Form des Hohlraums ausgebildet werden. Der Vakuumgrad eines Hohlraums bezeichnet einen Wert, der an einer im Hohlraum ausgebildeten Öffnung eines Lochs gemessen wird, durch das der Vakuumsaugvorgang ausgeführt wird.
Wie in 3-(4) dargestellt ist, wird das Lagenmaterial in Schritt (5) in eine durch die Formungsflächen der Formteile definierte Form geformt, während der Vakuumsaugvorgang fortgesetzt wird.
In Schritt (6) wird das geschäumte Lagenmaterial vollständig abgekühlt. Dann wird der Vakuumsaugvorgang gestoppt, und die Formteile werden weiter geöffnet. Schließlich wird ein erhaltener Formartikel entnommen. 3-(5) zeigt einen Zustand, in dem die (nicht dargestellten) Formteile geöffnet worden sind, so dass der Formartikel entnommen werden kann.
In einem Verfahren zum Herstellen eines geschäumten Thermoplastharz-Formartikels mit ausgezeichneten Dämpfungseigenschaften und ausgezeichneter Steifigkeit und einer großen Dicke ist es bevorzugt, während des Schritts (5) zum Formen des Lagenmaterials in eine durch die Formungsflächen der Formteile definierten Form, während der Vakuumsaugvorgang fortgesetzt wird, die Formteile zu öffnen, bis das geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial eine vorgegebene Dicke erreicht, die größer ist als die Dicke des erweichten geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials zu Beginn von Schritt (3).
4 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen der Ausführungsform, wobei ein Formenöffnungsvorgang zur Formgebung ausgeführt wird. Die 4-(1) bis (4) und (6) entsprechen den 3-(1) bis (5). 4-(5) zeigt einen Zustand, in dem die Formteile, während der Vakuumsaug vorgang fortgesetzt wird, geöffnet worden sind, bis das geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial eine vorgegebene Dicke erreicht hat, die größer ist als die Dicke des erweichten geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials zu Beginn von Schritt (3). Die Formteile werden geöffnet, während der Vakuumsaugvorgang fortgesetzt wird. Die Geschwindigkeit des Formenöffnungsvorgangs und der Vakuumgrad während des Formenöffnungsvorgangs können derart eingestellt werden, dass das geschäumte Lagenmaterial erfolgreich in die Form eines gewünschten Formartikels geformt wird.
In der vorliegenden Erfindung kann ein Außenschichtmaterial auf der Formungsfläche eines oder jedes Formteils angeordnet werden, bevor das erweichte geschäumte Lagenmaterial zwischen die Formteile zugeführt wird. Das Außenschichtmaterial ist hinsichtlich seines Materials und seiner Dicke nicht besonders eingeschränkt, insofern ein geschäumtes Lagenmaterial durch den Vakuumsaugvorgang durch das Außenschichtmaterial in die durch eine Formungsfläche definierte Form formbar ist. Beispiele von Ausgangsmaterialien des Außenschichtmaterials sind Harz, z.B. ein Thermoplastharz und ein aushärtendes Harz, Gummi, z.B. ein thermoplastisches Elastomer, Naturfasern, z.B. Hanf, Jute und ähnliche, und Mineralien, z.B. Kalziumsilikat. Beispiele der Form des Außenschichtmaterials sind ein Film, ein Lagenmaterial, ein Vliesstoff und ein Webstoff. Außer den vorstehend erwähnten Materialien kann auch synthetisches Papier, das aus einem Harz auf Propylenbasis oder einem Harz auf Styrolbasis hergestellt ist, und eine dünne Metallplatte oder -folie z.B. aus Aluminium und Eisen, verwendet werden. Das Außenschichtmaterial kann aus einer Lage oder aus zwei oder mehr Lagen bestehen. Das Außenschichtmaterial kann eine Dekoration oder Verzierung aufweisen, z.B. ein unregelmäßiges Muster, wie beispielsweise ein gekörntes Muster, einen Aufdruck oder eine Färbung.
Durch die erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Formartikel können als Verpackungsmaterialien, z.B. als Lebensmittelbehälter, Innenraum- oder Innenausstattungskomponenten für Kraftfahrzeuge, Bau- oder Konstruktionsmaterialien und als Gehäusematerialien für elektrische Haushaltsgeräte verwendet werden, weil sie ausgezeichnete Dämpfungseigenschaften und eine ausgezeichnete Steifigkeit besitzen und eine große Dicke haben. Beispiele von Innenraum- oder Innenausstattungskomponenten für Kraftfahrzeuge sind Türverkleidungen, Dachelemente und Kofferraum-Seitenverkleidungen. Wenn erfindungsgemäß hergestellte Formartikel als derartige Komponenten verwendet werden, kann die Temperatur im Fahrzeuginnenraum für eine lange Zeit aufrechterhalten werden, nachdem die Temperatur eingestellt ist. Bei der Herstellung von Innenraumkomponenten für Kraftfahrzeuge durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es wünschenswert, einen Artikel herzustellen, auf dessen Oberfläche eine Lage auflaminiert ist, die aus einem Vliesstoff aus Thermoplastharz oder aus Naturfasern, wie beispielsweise wollene Stoffe, Hanf und Jute, hergestellt ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte und zur Verwendung als Lebensmittelbehälter vorgesehene Formartikel können verschiedenartige Formen aufweisen, sie können z.B. schalen-, tablett- oder becher- bzw. schüsselförmig ausgebildet sein. Weil sie ausgezeichnete Wärmeisolationseigenschaften besitzen, können sie vorzugsweise als Behälter für auf hohe Temperaturen erwärmte Suppen und als Lebensmittelbehälter für zum Kochen von Speisen in einem Mikrowellenherd verwendet werden. Wenn ein Formartikel durch das erfindungsgemäße Verfahren als Lebensmittelbehälter hergestellt wird, ist es wünschenswert, Artikel herzustellen, auf deren Oberfläche ein einlagiger oder ein mehr lagiger Gasbarrierefilm mit einer Ethylen-Vinylalkoholcopolymerlage oder einem CCP-Film auflaminiert ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf Beispiele erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele beschränkt.
[Beispiel 1]
(Herstellung eines ersten geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials)
(Material zum Herstellen einer geschäumten Lage)
0,1 Gewichtsteile Kalziumstearat, 0,05 Gewichtsteile eines Antioxidants des Phenoltyps (Handelsbezeichnung Irganox 1010, hergestellt von Ciba Specialty Chemicals, Inc.) und 0,2 Gewichtsteile eines Antioxidants des Phenoltyps (Handelsbezeichnung Sumilizer BHT, hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.) wurden 100 Gewichtsteilen eines Polymerpulvers auf Propylenbasis hinzugefügt und damit vermischt, das durch ein in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 11-228629 beschriebenes Verfahren hergestellt wurde und die nachstehend dargestellten physikalischen Eigenschaften besaß. Das Gemisch wurde dann bei 230°C im geschmolzenen Zustand geknetet. Dadurch wurden Polymerpellets (i) auf Propylenbasis hergestellt. Der bei 230°C unter einer Last von 2,16 kgf gemäß JIS K6758 gemessene Schmelzindex (MFR) der Polymerpellets (i) auf Propylenbasis betrug 12g/10 min. Die Polymerpellets (i) auf Propylenbasis wurden als Material zum Herstellen eines geschäumten Lagenmaterials verwendet.
Physikalische Eigenschaften des Polymers auf Propylenbasis
Komponente (A) (die Komponente mit einem höheren Molekulargewicht der beiden im Polymer auf Propylenbasis enthaltenen Komponenten, das durch das in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 11-228629 beschriebene Verfahren hergestellt wurde):
intrinsische Viskosität [η]A = 8 dl/g;
Anteil von aus Etylen gewonnenen Einheiten (C2 in A) = 0%;
Komponente (B) (die Komponente mit einem niedrigeren Molekulargewicht der beiden im Polymer auf Propylenbasis enthaltenen Komponenten, das durch das in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 11-228629 beschriebene Verfahren hergestellt wurde):
intrinsische Viskosität [η]B = 1,2 dl/g;
Anteil von aus Etylen gewonnenen Einheiten (C2 in B) = 0%;
Polymer auf Propylenbasis, das aus den Komponenten (A) und (B) besteht:
η₅ = 71000 Pa·s und η_0,1 = 2400 Pa·s,
gemessen unter Verwendung eines von Rheometrics Co. hergestellten einachsigen Dehnungsviskositätsanalysators bei einer Temperatur von 180°C und einer Dehnungsbelastungsrate von 0,1 s^-1.
Ein Material zum Herstellen eines geschäumten Lagenmaterials wird durch Mischen der Polymerpellets (i) auf Propylenbasis, von Polypropylen (ii) (Polypropylen AW191, hergestellt von Sumitomo Chemical, Co., Ltd, MFR 11g/10 min (bei 230°C, 2,16 kgf Last)) und Polyethylen (iii) (Polyethylen CX3502, hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd., MFR 4g/10 min (bei 190°C, 2,16 kgf Last)) in einem Gewichtsverhältnis von (i):(ii):(iii) = 70:15:15 hergestellt. Ein durch Mi schen von 1,4 Gewichtsteilen eines Treibmittels, das aus Azodicarbonamid, Natriumhydrogencarbonat und Zinkoxid in einem Gewichtsverhältnis von 5:90:5 besteht, mit 100 Gewichtsteilen des Materials zum Herstellen eines geschäumten Lagenmaterials erhaltenes Gemisch wurde einer Maschine zum Herstellen eines geschäumten Lagenmaterials zugeführt.
Die Maschine wies einen 120mmϕ-Einschnecken-Extruder auf, der an einem Ende eine Zahnradpumpe aufwies. Der Extruder wies außerdem eine Einzellagen-T-Düse mit Einzelverteiler und mit einer Auslaßkanalbreite von 1500 mm auf, die auf eine Temperatur von 180°C eingestellt war. Das Material zum Herstellen einer geschäumten Lage, die der Maschine zum Herstellen des geschäumten Lagenmatarials zugeführt wird, wurde mit einer Rate von 160 kg/h durch die T-Düse extrudiert und über einer Kühlformungsmaschine, die eine Abwickelwalze mit einem Durchmesser von 300 mm aufwies und auf eine Temperatur von 60°C eingestellt war, zu einem glatten geschäumten Lagenmaterial geformt. Das geschäumte Lagenmaterial wurde durch eine in einem stromabwärtsseitigen Abschnitt der Kühlformungsmaschine angeordnete Randschneidevorrichtung derart zugeschnitten, dass es eine Breite von 500 mm aufwies. Daraufhin wurde das zugeschnittene Lagenmaterial durch eine Fördereinheit abgenommen. Dadurch wurde ein erstes geschäumtes Thermoplastharz-Lagenmaterial mit einem Expansionsverhältnis von 3, einer Dicke von 3 mm, einer Breite von 500 mm und einem Flächengewicht von 900 g/m² erhalten.
Außer dem ersten geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterial wurde durch ein nachstehend beschriebenes Verfahren ein zweites Thermoplastharz-Lagenmaterial mit drei Lagen aus zwei Lagentypen hergestellt, das aus einer geschäumten Lage bestand, die auf jeder Seite eine auflaminierte ungeschäumte Lage aufwies.
(Material zum Herstellen einer geschäumten Lage)
Die gleichen Polypropylenpolymerpellets (i) die als Material zum Herstellen einer geschäumten Lage des ersten geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials verwendet wurde, wurden als Material zum Herstellen einer geschäumten Lage verwendet.
(Material zum Herstellen einer ungeschäumten Lage)
Polypropylen (iv) (Homopolypropylen FS2011DG2, hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd., MFR: 2,5g/10min (bei 230°C, 2,16 kgf Last)), Polypropylen (v) (langkettig verzweigtes Homopolypropylen mit der Handelsbezeichnung PF814, hergestellt von Basell, MFR: 3g/10min (bei 230°C, 2,16 kgf Last)), Polypropylen (vi) (Propylen-Ethylen-Random-Copolymer W151, hergestellt von Sumitomo Chemical, Co., Ltd., Anteil der aus Ethylen gewonnenen Struktureinheit: 4,5 Gew.-%, MFR: 8g/10min (bei 230°C, 2,16 kgf Last)), Talk-Vormischung (vii) (Talk-Vormischung auf Block-Polypropylenbasis MF110, hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd., Talkanteil: 70 Gew.-%) und Titan-Vormischung (viii) (Titan-Vormischung PPM2924, hergestellt von Tokyo Ink Co., Ltd, Titananteil: 60 Gew.-%, MFR der Random-Polypropylenbasis: 30g/10min (bei 230°C, 2,16 kgf Last)) in den Gewichtsverhältnissen (iv):(v):(vi):(vii):(viii) = 12:30:15:43:5 trockengemischt, um ein Material zum Herstellen einer ungeschäumten Lage zu erhalten.
(Herstellung eines zweiten geschäumten Thermoplast-Lagenmaterials)
Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Materialien zum Herstellen einer geschäumten Lage und einer ungeschäumten Lage wurde ein Extrusionsformungsprozeß unter Verwendung einer in den 1 und 2 dargestellten Vorrich tung 1 ausgeführt, in der ein 50mmϕ-Doppelschnecken-Extruder 2 zum Extrudieren einer geschäumten Lage und ein 32mmϕ-Einschnecken-Extruder 3 zum Extrudieren einer ungeschäumten Lage mit einer kreisförmigen Düse 4 mit einem Durchmesser von 90 mm verbunden waren. Ein zweites geschäumtes Thermoplastharz-Lagenmaterial wurde auf folgende Weise hergestellt.
Ein Material, das durch Mischen von 0,1 Gewichtsteilen eines Nukleierungsmittels (MB1023, hergestellt von Sankyo Chemical Co., Ltd.) und 100 Gewichtsteilen des Materials zum Herstellen einer geschäumten Lage hergestellt wurde, wurde über einen Trichter dem 50mmϕ-Doppelschnecken-Extruder 2 zugeführt und in einem auf 180°C erwärmten Zylinder geknetet.
Nachdem das Material zum Herstellen der geschäumten Lage und das Nukleierungsmittel im 50mmϕ-Doppelschnecken-Extruder 2 durch Kneten im geschmolzenen Zustand vollständig vermischt war und das Nukleierungsmittel zu Schaum thermisch zersetzt war, wurden 1,3 Gewichtsteile Kohlendioxidgas als mechanischens oder physikalisches Treibmittel von einer mit einem Zylinder für verflüssigtes Kohlendioxid verbundenen Pumpe 5 zugeführt. Nach der Zufuhr von Kohlendioxidgas wurde das Gemisch weiter geknetet, so dass die harzförmigen Materialien mit Kohlendioxidgas imprägniert wurden. Daraufhin wurde das erhaltene Gemisch der kreisförmigen Düse 4 zugeführt. Das Material zum Herstellen einer ungeschäumten Lage wurde im 32mmϕ-Einschnecken-Extruder 3 im geschmolzenen Zustand geknetet und anschließend der kreisförmigen Düse 4 zugeführt.
Das Material zum Herstellen einer geschäumten Lage wurde der kreisförmigen Düse 4 über einen Kopf 7 des 50mmϕ-Doppelschnecken-Extruders zugeführt und über einen Kanal 9a zum Auslaß der Düse transportiert. In einem Mittenabschnitt des Kanals 9a wurde das Material durch einen Pfad P geteilt und auch einem Kanal 9b zugeführt.
Das Material zum Herstellen einer ungeschäumten Lage wurde der Düse über einen Kopf 8 des 32mmϕ-Einschnecken-Extruders 3 zugeführt und dann in Kanäle 10a und 10b verzweigt. Nach der Verzweigung wurde das Material zum Auslaß der Düse hin transportiert, während es derart zugeführt wurde, dass es auf beiden Seiten das Kanals 9a laminiert wurde. An einem Punkt 11a war der Laminierungsvorgang abgeschlossen. Die Materialien zum Herstellen einer ungeschäumten Lage, das den Kanälen 10a und 10b zugeführt wurde, wurde geteilt und über dem Pfad P ähnliche Zweigpfade (nicht dargestellt) Kanälen 10c und 10d zugeführt. Dann wurde das Material zum Auslaß der Düse hin transportiert, während es derart zugeführt wurde, dass es auf beiden Seiten des Kanals 9b laminiert wurde. An einem Punkt 11b war der Laminierungsvorgang abgeschlossen.
Das an Positionen 11a und 11b zu einer rohrförmigen, aus zwei Lagenarten bestehenden dreilagigen Struktur ausgebildete geschmolzene Harz wurde durch den Auslaß 12 der kreisförmigen Düse 4 extrudiert. Durch Freisetzen des rohrförmigen Harzmaterials auf Atmosphärendruck konnte sich das im Material zum Herstellen einer geschäumten Lage enthaltene Kohlendioxid ausdehnen, um Zellen zu bilden. Dadurch wurde eine geschäumte Lage hergestellt.
Das durch die Düse extrudierte geschäumte Lagenmaterial mit drei Lagen aus zwei Lagentypen wurde gestreckt und gekühlt, während es über einen Dorn 6 mit einem maximalen Durchmesser von 700 mm gezogen wurde, um ein Rohr herzustellen. Das erhaltene rohrförmige geschäumte Lagenmaterial wurde entlang der Längsrichtung (MD) an zwei Stellen geschnitten, um zwei flache Lagenmaterialien mit einer Breite von 1080 mm herzustellen. Jedes Lagenmaterial wurde durch eine Abwickelwalze aufgenommen, und anschließend wurden ihre lateralen Seiten zugeschnitten. Dadurch wurde ein zweites geschäumtes Thermoplastharz-Lagenmaterial mit einem Expansionsverhältnis von 5, einer Dicke von 1,5 mm, einer Breite von 500 mm und einem Flächengewicht von 270 g/m² erhalten.
(Herstellung eines dritten geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials)
Ein Schritt zum Laminieren des ersten und des zweiten geschäumten Thermoplast-Lagenmaterials wurde durch ein nachstehend beschriebenes Verfahren unter Verwendung eines Paars Metallwalzen ausgeführt, die jeweils eine Breite von 500 mm und einen Durchmesser von 150 mm aufwiesen. Die Temperatur der Walzen wurde durch in den Walzen zirkulierendes erwärmtes Öl geregelt.
Das erste geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial und das zweite geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial wurden einander zugewandt angeordnet, wobei die Mitten ihrer Transversal(TD)richtungen miteinander übereinstimmten. Dann wurden die Lagenmaterialien durch ein Paar Walzen, die sich mit einer Liniengeschwindigkeit von 0,5 m/min bewegen, zusammengepreßt.
Insbesondere wurde ein Luftrakel oder Luftmesser derart angeordnet, dass sein Luftauslaß 75 mm vom Preßpunkt der Walzen beabstandet war. Heißluft wurde mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s derart eingeblasen, dass die Temperatur an einem 10 mm vom Luftauslaß entfernten Punkt 210°C betrug. Während die einander zugewandten Oberflächen des ersten und des zweiten geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials durch Heißluft erwärmt wurden, wurden die Lagenmaterialien durch die Walzen gepreßt und aufeinander laminiert. Dadurch wurde ein laminiertes drittes geschäumtes Thermoplast-Lagenmaterial erhalten. Der Spalt zwischen den Walzen betrug 4, 3 mm, und der durch die Druckluft erzeugte Walzendruck betrug 3 kgf/cm².
Das durch das vorstehende Verfahren erhaltene dritte geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial wurde unter Verwendung einer in 3 dargestellten Vakuumformungsmaschine (VAIM0301, hergestellt von Satch Machinery Works, Co., Ltd.) einem Vakuumformungsprozeß unterzogen. Beide Formteile 16, 17 waren aus Epoxidharz bestehende Matrizen. Jedes Formteil hatte eine Formungsfläche, die aus einer quadratischen Bodenfläche mit der Größe 300 mm × 300 mm und vier Seitenflächen mit der Größe 300 mm × 2 mm bestand. Jedes Formteil hatte eine Trennfläche mit einer Breite von 15 mm entlang des Außenrandes der Formungsfläche. Jedes Formteil wies an den vier Ecken und an den vier Seiten der Bodenfläche der Formungsfläche insgesamt 12 Vakuumsauglöcher mit einem Durchmesser von 1 mm in 10cm-Intervallen auf. Die Temperaturen der Formteile wurden während des Gießvorgangs auf 60°C eingestellt.
Das dritte geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial 13 wurde in einem Klemmrahmen 14 fixiert und dann durch eine Infrarotheizeinrichtung 15 derart erwärmt, dass die Oberfläche des Lagenmaterials eine Temperatur von 160°C erreichte. Dadurch wurde das Lagenmaterial erweicht. Das erweichte Lagenmaterial 13 hatte eine Dicke von 4,5 mm.
Das erweichte Lagenmaterial wurde zwischen den Formteilen 16 und 17 zugeführt, während es im Klemmrahmen fixiert war.
Die Formteile 16 und 17 wurden geschlossen, indem veranlaßt wurde, dass die Formteile sich zueinander hin bewegen, bis die Spaltbreite zwischen den Trennflächen der Formteile 4 mm betrug. Gleichzeitig mit dem Abschluß des Formenschließvorgangs wurde ein Vakuumsaugprozeß bei einem Vakuum grad von –0,09 MPa durch die Formteile hindurch gestartet und für 10 s ausgeführt.
Anschließend wurde der Vakuumsaugprozeß gestoppt, und die Formteile wurden geöffnet. Schließlich wurde der erzeugte Formartikel entnommen. Ergebnisse der Bewertungen des Formartikels sind in Tabelle 1 dargestellt.
(Messung des Expansionsverhältnisses)
Eine Produktprobe der Größe 20 mm × 20 mm wurde hinsichtlich des spezifischen Gewichts durch einen Eintauch-Dichtemesser (Automatic Densimeter D-H100, hergestellt von Toyo Seiki Seisaku-Sho Co., Ltd.) gemessen. Das Expansionsverhältnis wurde auf der Basis der Dichten der Materialien berechnet, aus denen das Produkt bestand.
(Biegesteifigkeit)
Es wurde ein Lagenmaterial mit einer Breite von 50 mm (in Transversalrichtung (TD)) und einer Länge von 150 mm (in Längsrichtung (MD)) ausgeschnitten. Die Probe wurde auf einem Haltetisch eines Autographen, dessen Spanne auf 100 mm eingestellt war, (Model ASG-500D, hergestellt von Shimadzu Corp.) derart angeordnet, dass die Mitten der Proben und des Haltetischs miteinander übereinstimmten. Durch eine stangenförmige Vorrichtung mit einem Kopf mit einem Krümmungsradius von 5 mm wurde eine Last auf die Probenmitte ausgeübt. Während veranlaßt wurde, dass die Probe mit einer Rate von 10 mm/min ausgelenkt wurde, wurde eine Korrelationskurve zwischen dem Versatz (cm) und der Last (N) erzeugt. Die Anfangssteigung (N/cm) der Kurve wurde als Biegesteifigkeit des Lagenmaterials definiert.
(Bestimmung des Wärmeübergangskoeffizienten)
Eine Wärmeleitfähigkeit wurde gemäß JIS-A-1412 unter Verwendung eines Wärmeleitfähigkeitanalysators (AUTO-Λ Serie HC-074), hergestellt von Eiko Seiki Co., Ltd. gemessen. Auf der Basis des Meßergebnisses wurde ein Wärmeübergangskoeffizient berechnet. Die Meßbedingungen sind folgende: Temperatur der Niedrigtemperaturplatte: 20°C, Temperatur der Hochtemperaturplatte: 30°C. Je kleiner der Wärmeübergangskoeffizient ist, desto besser ist die Wärmeisolations- oder -dämmeigenschaft.
(Dämpfungseigenschaft)
Die Messung wurde gemäß JIS K-6767 ausgeführt. Quadratische Proben mit der Seitenlänge 50 mm wurden von einem zu messenden Lagenmaterial hergestellt. Mehrere Probenstücke wurden derart stapelförmig auf einem flachen Tisch eines Autographen (Model AGS-500D, hergestellt von Shimadzu Corp.) angeordnet, dass das geschäumte Lagenmaterial mit dem kleineren Flächengewicht jeder Probe nach oben gewandt war und die Gesamtdicke der Proben etwa 25 mm betrug. Die Proben wurden durch eine Kompressionsvorrichtung mit einer Rate von 10 mm/min zusammengedrückt. Die ausgeübte Kraft [N] zu einem Zeitpunkt 20 s nachdem die Proben bezüglich der Dicke vor der Kompression um 25% geschrumpft waren, wurde gemessen. Die Kraft wurde durch die Oberfläche der Probe (2500 mm²) geteilt, und der Quotient wurde als Maß für die Dämpfungseigenschaft verwendet.
Tabelle 1

Claims

Verfahren zum Herstellen eines geschäumten Thermoplastharzartikels durch Vakuumformung unter Verwendung einer Formungsvorrichtung, die ein Paar Formteile aufweist, die jeweils eine Formungsfläche aufweisen, durch die ein Vakuumsaugvorgang ausgeführt werden kann, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Vakuumsaugen durch die Formungsflächen der Formteile, während ein geschäumtes Thermoplastharz-Lagenmaterial zwischen den Formteilen gehalten wird, um das geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial zu formen, wobei das der Vakuumformung zu unterziehende geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial eine erste geschäumte Lage mit einem Expansionsverhältnis Xa von 2 bis 20, einer Dicke Ta von 2 bis 20 mm und einem Flächengewicht Ra von 600 bis 3000 g/m² und eine zweite geschäumte Lage mit einem Expansionsverhältnis Xb von 4 bis 40, einer Dicke Tb von 2 bis 12 mm und einem Flächengewicht Rb von 100 bis 600 g/m² aufweist, wobei Ra/Rb = 2 bis 30 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Formungsvorrichtung ferner eine Halteeinrichtung zum Halten eines geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials an einer vorgegebenen Position zwischen den Formungsflächen der Formteile aufweist, und wobei der Schritt zum Formen des geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials durch Vakuumformung die nachstehend definierten Unterschritte aufweist: (1) Erwärmen eines geschäumten Thermoplast-Lagenmaterials, um es zu erweichen; (2) Zuführen des in Schritt (1) erweichten geschäumten Thermoplast-Lagenmaterials zwischen die Formteile; (3) Schließen der Formteile, während das erweichte geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial durch die Halteeinrichtung zwischen den Formteilen gehalten wird, bis ein Spaltabstand zwischen Umfangsabschnitten der Formungsflächen der Formteile einen vorgegebenen Wert erreicht, der nicht größer ist als das erweichte geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial; (4) Starten eines Vakuumsaugvorgangs durch die Formungsflächen der Formteile zu einem Zeitpunkt während einer Zeitdauer, die sich von dem Zeitpunkt, zu dem der Spaltabstand zwischen den Umfangsabschnitten der Formungsflächen der Formteile der Dicke des erweichten geschäumten Thermoplastharz-Lagenmaterials entspricht, bis zu dem Zeitpunkt erstreckt, zu dem der Spaltabstand den in Schritt (3) definierten vorgegebenen Wert erreicht; (5) Formen des Lagenmaterials, während der Vakuumsaugvorgang fortgesetzt wird, in eine durch die Formungsflächen der Formteile definierte Form; und (6) eine Kombination aus den Schritten: Stoppen des Vakuumsaugvorgangs, Öffnen der Formteile und Entnehmen des Formartikels.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Schritt (5) das Öffnen der Formteile aufweist, bis das geschäumte Thermoplastharz-Lagenmaterial eine vorgegebene Dicke erreicht, die größer ist als die Dicke des erweichten geschäumten Lagenmaterials am Anfang von Schritt (3).